JP5376214B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
たとえば、検出トルクが飽和していなければ通常のモータ制御態様とされ、検出トルクが飽和すると通常のモータ制御態様とは異なる制御態様に変更される。これにより、検出トルクが飽和し、制御異常の兆候が現れたときには、モータ制御態様を変更することができる。その結果、制御異常状態に陥ることを抑制したり、制御異常状態からの早期復帰を促したりすることができる。
前記変更手段(28)は、前記加算角演算手段の比例積分演算における制御ゲインを変更する。これにより、検出トルクに応じて加算角演算手段の制御ゲインが適切に変更されることにより、制御の安定化を図ることができる。
この発明では、加算角演算手段は、検出トルクを指示トルクに近づけるように加算角を演算するフィードバック制御手段(22,23)を構成している。そして、前記変更手段は、前記フィードバック制御手段のゲインを変更することになる。たとえば、検出トルクが飽和したときに、前記フィードバック制御手段のゲインを減少補正することによって、制御の安定化を図ることができる。
請求項2記載の発明は、制御角の前回値に加算される加算角を制限する加算角制限手段(24)をさらに含み、前記変更手段(27)によるモータ制御態様の変更が、前記比例積分演算における制御ゲインの変更に代えて、前記加算角制限手段の制限値(ωmax)の変更を含む、請求項1記載のモータ制御装置である。
既定値=最大ロータ角速度×演算周期
たとえば、モータの回転を所定の減速比の減速機構を介して車両用操舵装置の操舵軸に伝達している場合には、最大ロータ角速度は、最大操舵角速度(操舵軸の最大回転角速度)×減速比×極対数で与えられる。「極対数」とは、ロータが有する磁極対(N極とS極との対)の数である。
請求項7記載の発明は、前記指示トルク設定手段は、前記車両の車速および前記操作部材の操舵角に基づいて指示操舵トルクを設定するものである、請求項6記載のモータ制御装置である。
図1は、この発明の第1の実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置(車両用操舵装置の一例)の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両を操向するための操作部材としてのステアリングホイール10に加えられる操舵トルクTを検出するトルクセンサ1と、車両の舵取り機構2に減速機構7を介して操舵補助力を与えるモータ3(ブラシレスモータ)と、ステアリングホイール10の回転角である操舵角を検出する舵角センサ4と、モータ3を駆動制御するモータ制御装置5と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の速度を検出する車速センサ6とを備えている。
モータ3は、この実施形態では、三相ブラシレスモータであり、図2に図解的に示すように、界磁としてのロータ50と、このロータ50に対向するステータ55に配置されたU相、V相およびW相のステータ巻線51,52,53とを備えている。モータ3は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。
制御角θCに従ってγ軸電流Iγをモータ3に供給すると、このγ軸電流Iγのq軸成分(q軸への正射影)がロータ50のトルク発生に寄与するq軸電流Iqとなる。すなわち、γ軸電流Iγとq軸電流Iqとの間に、次式(1)の関係が成立する。
Iq=Iγ・sinθL …(1)
再び図1を参照する。モータ制御装置5は、マイクロコンピュータ11と、このマイクロコンピュータ11によって制御され、モータ3に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)12と、モータ3の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流検出部13とを備えている。
マイクロコンピュータ11は、CPUおよびメモリ(ROMおよびRAMなど)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、操舵トルクリミッタ20と、指示操舵トルク設定部21と、トルク偏差演算部22と、PI(比例積分)制御部23と、加算角リミッタ24と、操舵トルク監視部25と、制御角演算部26と、制限値変更部27と、指示電流値生成部31と、電流偏差演算部32と、PI制御部33と、γδ/UVW変換部34と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部35と、UVW/γδ変換部36とが含まれている。
最大ロータ角速度=最大操舵角速度×減速比×極対数 …(2)
制御角θCの演算間(演算周期)におけるロータ50の電気角変化量の最大値(ロータ角変化量最大値)は、次式(3)のとおり、最大ロータ角速度に演算周期を乗じた値となる。
=最大操舵角速度×減速比×極対数×演算周期 …(3)
このロータ角変化量最大値が一演算周期間で許容される制御角θCの最大変化量である。そこで、前記ロータ角変化量最大値を制限値ωmaxの既定値とすればよい。この制限値ωmaxを用いて、加算角αの上限値ULおよび下限値LLは、それぞれ次式(4)(5)で表すことができる。
LL=−ωmax …(5)
加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αが、制御角演算部26の加算器26Aにおいて、制御角θCの前回値θC(n-1)(nは今演算周期の番号)に加算される(Z−1は信号の前回値を表す)。ただし、制御角θCの初期値は予め定められた値(たとえば零)である。
操舵トルク監視部25は、検出操舵トルクTが飽和値+Tmaxまたは−Tmaxであるかどうか、すなわち飽和状態かどうかを監視する。検出操舵トルクTが飽和状態である場合、操舵トルク監視部25は、制御異常が発生しているものとして、このことを制限値変更部27に通知する。
指示電流値生成部31は、制御上の回転角である前記制御角θCに対応する仮想回転座標系であるγδ座標系の座標軸(仮想軸)に流すべき電流値を指示電流値として生成するものである。具体的には、γ軸指示電流値Iγ *およびδ軸指示電流値Iδ *(以下、これらを総称するときには「二相指示電流値Iγδ *」という。)を生成する。指示電流値生成部31は、γ軸指示電流値Iγ *を有意値とする一方で、δ軸指示電流値Iδ *を零とする。より具体的には、指示電流値生成部31は、トルクセンサ1によって検出される検出操舵トルクTに基づいてγ軸指示電流値Iγ *を設定する。
γδ/UVW変換部34は、二相指示電圧Vγδ *に対して座標変換演算を行うことによって、三相指示電圧VUVW *を生成する。三相指示電圧VUVW *は、U相指示電圧VU *、V相指示電圧VV *およびW相指示電圧VW *からなる。この三相指示電圧VUVW *は、PWM制御部35に与えられる。
駆動回路12は、U相、V相およびW相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がPWM制御部35から与えられるPWM制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧VUVW *に相当する電圧がモータ3の各相のステータ巻線51,52、53に印加されることになる。
図3は、前記電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。ただし、説明を簡単にするために、加算角リミッタ24の機能は省略してある。
図7は、加算角リミッタ24の働きを説明するためのフローチャートである。加算角リミッタ24は、PI制御部23によって求められた加算角αを上限値ULと比較し(ステップS1)、加算角αが上限値ULを超えている場合(ステップS1:YES)には、上限値ULを加算角αに代入する(ステップS2)。したがって、制御角θCに対して上限値UL(=+ωmax)が加算されることになる。
このようにして、加算角αを上限値ULと下限値LLとの間に制限することができるので、制御の安定化を図ることができる。より具体的には、電流不足時や制御開始時に制御不安定状態(アシスト力が不安定な状態)が発生しても、この状態から安定な制御状態への遷移を促すことができる。
この実施形態では、PI制御部23のゲインを変更するゲイン変更部28が備えられている。操舵トルク監視部25は、検出操舵トルクTが飽和状態になると、ゲイン変更部28に対して制御異常の発生を通知する。この通知を受けて、ゲイン変更部28はPI制御部23のゲインを減少補正する。
図11は、この発明の第3の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図11において、前述の図1に示された各部の対応部分には同一参照符号を付して示す。
図12は、操舵トルク監視部25および初期化部29の動作を説明するためのフローチャートである。操舵トルク監視部25が検出操舵トルクTの飽和を検知し(ステップS31)、それに応じて異常発生を通知すると、初期化部29は、予め定められた初期化処理を行う。この初期化処理は、この実施形態では、(a)PI制御部23における積分値(トルクフィードバック制御の積分項)のリセット(積分項を零にする)、(b)PI制御部23が演算する加算角αのリセット(加算角αを零にする)、(c)制御角演算部26における前回値(前演算周期における制御角θC)のリセット(前回値を零にする)、および(d)PI制御部33における積分値(電流フィードバック制御の積分項)のリセット(積分項を零にする)を含む。加算角αのリセットは、PI制御部23における比例項および積分項をリセットすることで達成でき、この場合、PI制御部23の積分項も同時にリセットされることになる。
なお、前記 (a)〜(d)のリセット処理の全てを行うことが最も好ましいが、少なくとも(a)の処理を行うことが好ましく、これに(b)(c)(d)のリセット処理のうちの1つまたは2つ以上を任意に組み合わせることができる。さらに、少なくとも(a)および(b)の処理を行うことがより好ましく、これに(c)(d)のうちの1つまたは両方を任意に組み合わせることができる。また、少なくとも(a)(b)(c)の処理を行えばさらに好ましく、これに(d)の処理を任意に組み合わせることができる。
この実施形態では、操舵トルク監視部25が検出操舵トルクTの飽和を検知し、それに応じて異常発生を通知したときに、これを受けて指示電流値を補正する指示電流値補正部30が備えられている。指示電流値補正部30は、この実施形態では、γ軸指示電流値Iγ *を補正する。
図15は、操舵トルク監視部25および指示電流値補正部30の別の動作例を説明するためのフローチャートである。この図15において、前述の図14に示されたステップに対応するステップには同一参照符号を付して示す。
この実施形態では、制御角補正部40および加算角リセット部41が備えられている。制御角補正部40は、操舵トルク監視部25が検出操舵トルクTの飽和を検知し、それに応じて異常発生を通知したときに、これを受けて制御角θCを補正する。加算角リセット部41は、操舵トルク監視部25からの異常発生の通知を受けて、PI制御部23の演算(とくに積分項)をリセットし、加算角αを一定値(たとえば零)にリセットする。制御角補正部40は、この実施形態では、制御角θCに対して一定の補正値Δθを加算(または減算)することによって、制御角θCを補正する。補正値Δθの加算は、制御角演算部26の加算器26Bにおいて行われる。
以上、この発明の5つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、回転角センサを備えずに、専らセンサレス制御によってモータ3を駆動する構成について説明したが、レゾルバ等の回転角センサを備え、この回転角センサの故障時に前述のようなセンサレス制御を行う構成としてもよい。これにより、回転角センサの故障時にもモータ3の駆動を継続できるから、操舵補助を継続できる。
さらに、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置にこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置のためのモータの制御や、パワーステアリング装置以外にも、ステア・バイ・ワイヤ(SBW)システム、可変ギヤレシオ(VGR)ステアリングシステムその他の車両用操舵装置に備えられたブラシレスモータの制御のために用いることができる。むろん、車両用操舵装置に限らず、他の用途のモータの制御のためにも本発明のモータ制御装置を適用できる。
Claims (7)
- ロータと、このロータに対向するステータとを備えたモータを制御するためのモータ制御装置であって、
制御上の回転角である制御角に従う回転座標系の軸電流値で前記モータを駆動する電流駆動手段と、
前記モータによって駆動される駆動対象に作用させるべき、モータトルク以外のトルクの指示値としての指示トルクを設定する指示トルク設定手段と、
前記モータによって駆動される前記駆動対象に加えられる、モータトルク以外のトルクを検出するためのトルク検出手段と、
前記指示トルク設定手段によって設定される指示トルクと前記トルク検出手段によって検出される検出トルクとの偏差であるトルク偏差を算出し、当該トルク偏差に対する比例積分演算を行うことによって、前記制御角に加算すべき加算角を演算する加算角演算手段と、
所定の演算周期毎に、前記加算角演算手段によって演算された加算角を制御角の前回値に加算することによって、制御角の今回値を求める制御角演算手段と、
前記トルク検出手段の検出トルクの絶対値が所定の上限値以上となるとモータ制御態様を変更するための変更手段と
を含み、
前記変更手段によるモータ制御態様の変更が、前記比例積分演算における制御ゲインの変更を含む、
モータ制御装置。 - 制御角の前回値に加算される加算角を制限する加算角制限手段をさらに含み、
前記変更手段によるモータ制御態様の変更が、前記比例積分演算における制御ゲインの変更に代えて、前記加算角制限手段の制限値の変更を含む、請求項1記載のモータ制御装置。 - 前記変更手段によるモータ制御態様の変更が、前記比例積分演算における制御ゲインの変更に代えて、前記比例積分演算における積分項の初期化を含む、請求項1記載のモータ制御装置。
- 前記変更手段によるモータ制御態様の変更が、前記比例積分演算における制御ゲインの変更に代えて、前記軸電流値の変更を含む、請求項1記載のモータ制御装置。
- 前記変更手段によるモータ制御態様の変更が、前記比例積分演算における制御ゲインの変更に代えて、前記制御角に所定値を加算して新たな制御角を設定することを含む、請求項1または3記載のモータ制御装置。
- 前記モータは、車両の舵取り機構に駆動力を付与するものであり、
前記トルク検出手段は、前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するものであり、
前記指示トルク設定手段は、前記操作部材の操舵角に基づいて、操舵トルクの目標値としての指示操舵トルクを設定するものである、請求項1〜5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 前記指示トルク設定手段は、前記車両の車速および前記操作部材の操舵角に基づいて指示操舵トルクを設定するものである、請求項6記載のモータ制御装置。
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